- •Методические указания по подготовке к работе
- •3.Снять динамические модуляционные характеристики модуляторов, реализующих прямой и косвенный методы частотной модуляции. Для чего:
- •4.Снять динамические модуляционные характеристики частотного модулятора на реактивном транзисторе с использованием удвоения частоты, для этого:
- •5.Снять частотные характеристики модуляторов. С этой целью:
Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ ТРАНЗИСТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Цель работы: изучение характеристик частотных модуляторов, рассмотрение практических схем устройств, реализующих прямой и.косвенный методы частотной модуляции.
Методические указания по подготовке к работе
При частотной модуляции (ЧМ) в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала изменяется текущее значение частоты ω высокочастотного колебания, излучаемого передатчиком. В простейшем случае модуляции гармоническим сигналом с частотой Ω
ω = ω0 + Δ ωcos Ωt,
где ω0 - центральная частота ЧМ колебания; Δ ω- девиация частоты, величина, пропорциональная амплитуде модулирующего сигнала.
Мгновенное значение тока высокочастотного колебания при ЧМ представляется в виде
i=Icos(ω0t+MsinΩt),
где M= Δ ω/Ω - индекс ЧМ; I - амплитуда колебания тока высокой частоты, остающаяся постоянной.
Полоса спектра частот, занимаемая ЧМ колебанием, составляет
Применение ЧМ обусловлено рядом достоинств,
-
Постоянство амплитуды колебаний тока высокой частоты позволяет обеспечить энергетически выгодные, критический или перенапряженный режимы работы мощных каскадов передатчика,
-
При значительных индексах модуляции помехоустойчивость систем с ЧМ оказывается большей, чем в системах о AM;
Возможны два варианта осуществления частотной модуляции -прямой и косвенный. В модуляторах, реализующих прямой метод, в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала низкой частоты изменяется собственная частота колебательной системы автогенератора, определяющая частоту колебаний возбудителя передатчика. Эффект достигается включением в состав колебательной системы автогенератора реактивного элемента, управляемого модулирующим сигналом. В работе исследуются частотные модуляторы, в которых в качестве реактивных элементов используются варикапы и "реактивный" транзистор. Варикап - полупроводниковый диод, закрытый p-n- переход которого обладает емкостью, зависящей от величины приложенного запирающего напряжения “е “ :
Cв=Cн[]n
где Cн - начальная емкость при e=0 , = 0,3... 0,5 В - контактная разность потенциалов,n - показатель, характеризующий конкретный тип варикапа. Модулирующее напряжение низкой частоты, воздействуя на варикап, изменяет его емкость, являющуюся составляющей эквивалентной емкости колебательной системы автогенератора, что, в свою очередь, приводит к изменение частоты колебаний, генерируемых .автогенератором. Приближение к линейному характеру зависимости частоты от величины модулирующего напряжения обеспечивается соответствующим выбором постоянного смещения на варикапе, установлением определенных пропорций между Cв и емкостями конденсаторов, входящих в состав колебательной системы, и выбором относительной девиации частот не более 1…2%, Если требуется больший индекс модуляции, то применяют умножение частоты (в работе - удвоение).
Большую девиацию частоты и меньшие искажения, чем варикапы, обеспечивают частотные модуляторы на "реактивных" транзисторах. Коллектор "реактивного" транзистора включается в колебательную систему автогенератора, тогда как на его переход база-эмиттер высокочастотное напряжение с колебательной системы снимается через фазосдвигающую цепочку. Сдвиг фазы напряжения по отношению к Ůкэ должен составлять ±90°, в этом случае и коллекторный ток ÌК также будет сдвинут на +90° относительно Ůкэ, что свидетельствует о реактивном характере проводимости транзистора, который может быть как емкостным, так и индуктивным. Модулирующее напряжение низкой частоты совместно о постоянным смещением управляет крутизной транзистора, а следовательно, и величиной тока коллектора или его реактивной проводимостью, что приводит к модуляции частоты колебаний автогенератора. Принципиальная схема "реактивного" транзистора и фазосдвигающих цепей представлены на рис.5.1.
а) б) в)
Рис.5.1. Схема "реактивного" транзистора (а); фазосдвигающие цепи, обеспечивающие эквивалентную индуктивность (б) и эквивалентную емкость (в)
Получение ЧМ косвенным методом связано с использованием фазовых модуляторов, для которых в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала изменяется сдвиг фаз ∆φ между выходным и входным колебаниями высокой частоты. Максимальный фазовый сдвиг ∆φmax (индекс фазовой модуляции) пропорционален амплитуде модулирующего напряжения низкой частоты UΩ , т.е.
При этом девиация частоты ∆ω становится зависящей от частоты модулирующего сигнала Ω
,
чего нет при ЧМ. С целью исключения такой зависимости и получения требуемых для частотной модуляции характеристик модулирующий сигнал низкой частоты пропускают через четырехполюсник, обладающий АЧХ, обратно пропорциональной Ω. В качестве фазовых модуляторов могут применяться фазовращатели на перестраиваемых колебательных контурах, включающих варикапы, управляемые модулирующим сигналом. В данной работе исследуется активный мостовой фазовый модулятор на варикапе. Преимущество косвенных методов заключается в возможности обеспечения высокой стабильности центральной частоты за счет использования задающего кварцевого генератора при одновременном получении значительной девиации частоты в процессе модуляции.
Описание лабораторной установки
Принципиальная схема макета представлена на рис.5.2. В составе макета - автогенератор, выполненный на транзисторе VT1 по емкостной трехточечной схеме. Последовательно с индуктивностью колебательной системы L2 включены встречно варикапы VD1 и VD2, что исключает, влияние напряжения высокой частоты на величину их суммарной емкости. Смещение на варикапы подается с регулируемого делителя R5~R6 , модулирующее напряжение низкой частоты - с выхода генератора ЗГ через делитель 1:10. Стабилизация центральной частоты обеспечивается подключением кварцевого резонатора к индуктивной ветви контура (положения переключателя S1 "2", "3", "4").
Буферный каскад на транзисторе VT2 выполнен по схеме с общим коллектором, развязывает колебательную систему автогенератора и входы последующих каскадов и измерительных приборов.
Косвенный метод частотной модуляции реализуется посредством подачи стабилизированного колебания высокой частоты автогенератора (VT1) и модулирующего колебания низкой частоты через цепочку R16, C10, обладающую спадающей частотной характеристикой, на входы мостового фазового модулятора (VT3). В схеме фазового модулятора имеется парафазный каскад на транзисторе VT3, вырабатывающий равные по амплитуде, но противоположные по фазе выходные напряжения на нагрузках R12, R13. В плечи моста включены резистор R17 и управляемая цепочка VD3, L3. Колебание высокой частоты на входе буферного каскада (VT4) формируется в результате суммирования выходных напряжений парафазного каскада с учетом дополнительного регулируемого сдвига фазы в плече VD3, L3 и оказывается модулируемым по частоте.
На транзисторе VT5 выполнен автогенератор по емкостной трехточечной схеме. В коллектор транзистора VT5 включены индуктивность L4 и реактивный транзистор VT7, эквивалентный управляемой емкости. Управление емкостью реактивного транзистора осуществляется модулирующим напряжением , изменяющим смещение на затворе VT7, а следовательно, и крутизну транзистора. Напряжение высокой частоты на затвор транзистора поступает через буферный каскад VT6 и снимается с фазосдвигающей цепочки R21, L5.
Частота колебаний, генерируемых автогенератором – возбудителем, измеряется электронносчетным частотомером. Для измерения девиации частоты используется измеритель модуляции СК3-45. Модулирующее колебание низкой частоты вырабатывается генератором Г3-109.
Порядок выполнения работы.
1.Изучить принципиальную схему установки, состав и назначение измерительных приборов, органов управления и настройки макета.
Включить сетевое питание макета и измерительных приборов. Тумблер «Модуляция» макета перевести в нижнее положение.
2.Снять статистические модуляционные характеристики частотного модулятора на варикапах и частотного модулятора со стабилизацией центральной частоты, для этого:
-
переключатель S1 установить в положение «1» («ЧМ на варикапах»);
-
устанавливая потенциометром «Регулировка смещения» напряжение E0 на варикапах в пределах 4..28 В, регистрировать значения частоты колебаний возбудителя по частотомеру. Показания занести в табл. 1;
-
переключатель S1 перевести в положение «2» («ЧМ с кварцем»), повторить измерения согласно методике, изложенной в предыдущем пункте; показания, считанные с точностью до единиц Гц, занести в табл. 1.
Таблица 1
Статистические модуляционные характеристики
-
, В
4
8
12
16
20
24
28
, кГц
, кГц
, кГц
, кГц
При оформлении отчета по работе внести в табл. 1 расчетные величины , где - начальное значение частоты колебаний при Построить графики зависимостей для двух исследуемых схем частотных модуляторов, используя логарифмический масштаб по оси .